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JP2808857B2 - Heating furnace and manufacturing method of glass preform for optical fiber - Google Patents

Heating furnace and manufacturing method of glass preform for optical fiber

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Publication number
JP2808857B2
JP2808857B2 JP2214710A JP21471090A JP2808857B2 JP 2808857 B2 JP2808857 B2 JP 2808857B2 JP 2214710 A JP2214710 A JP 2214710A JP 21471090 A JP21471090 A JP 21471090A JP 2808857 B2 JP2808857 B2 JP 2808857B2
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carbon
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heating
glass
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真二 石川
弘雄 金森
一郎 土屋
弘 横田
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、光ファイバ用母材の加熱炉および製法に関
し、更に詳しくは、石英系ガラス微粒子体から成る多孔
質ガラス母材を加熱処理する為の加熱炉および方法に関
する。本発明の加熱炉は、ガラス母材に対する不純物元
素の混入を防止することができ、かつ耐久性の優れたも
のである。
Description: FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a heating furnace and a method for manufacturing an optical fiber preform, and more particularly, to heat-treating a porous glass preform made of quartz glass fine particles. Furnace and method for heating. The heating furnace of the present invention can prevent the impurity element from being mixed into the glass base material and has excellent durability.

本明細書において「加熱処理」なる語は、加熱炉の発
熱体の内側に配置されて加熱雰囲気と発熱体とを隔離す
る炉心管内でガラス母材を加熱処理して、脱水、フッ素
添加および/または透明化することを意味する。
As used herein, the term "heat treatment" refers to heat treatment of a glass preform in a furnace tube which is disposed inside a heating element of a heating furnace and separates the heating atmosphere from the heating element, thereby dehydrating, adding fluorine, and / or heating. Or it means making it transparent.

[従来の技術] 光ファイバ用母材を大量生産する一般的な方法とし
て、VAD(Vapor Phase Axial Deposition)法が知られ
ている。VAD法は、回転する出発部材、例えばガラス板
あるいはガラス棒の上に、酸水素炎中で生成したガラス
微粒子を堆積させて円柱状の多孔質母材(スート母材)
をつくり、この多孔質母材を焼結して透明な光ファイバ
用ガラス母材を製造する方法である。
2. Description of the Related Art As a general method for mass-producing a preform for an optical fiber, a VAD (Vapor Phase Axial Deposition) method is known. In the VAD method, glass particles generated in an oxyhydrogen flame are deposited on a rotating starting member, for example, a glass plate or a glass rod, and a columnar porous base material (soot base material) is formed.
And sintering the porous preform to produce a transparent glass preform for optical fibers.

VAD法において多孔質母材を焼結し、透明ガラスにす
るには、母材を、不活性気体(例えばヘリウムまたはア
ルゴンガス)雰囲気中で1600℃以上に加熱する必要があ
る。母材の焼結に用いる加熱炉としては、通常カーボン
発熱体を有する加熱炉が用いられている。かかる加熱炉
を用いた焼結に際して特に留意しなければならない点
は、銅や鉄などの遷移元素の混入並びに水分の混入の防
止である。遷移元素がガラス母材に1ppb以上混入する
と、得られる光ファイバの損失波長特性が全波長にわた
り著しく損われる。また、水分が母材に0.1ppm以上混入
すると、得られる光ファイバの長波長域における特性が
損なわれる。
In order to sinter the porous base material into a transparent glass in the VAD method, the base material needs to be heated to 1600 ° C. or more in an inert gas (for example, helium or argon gas) atmosphere. As a heating furnace used for sintering the base material, a heating furnace having a carbon heating element is usually used. A particular point to be noted in sintering using such a heating furnace is prevention of mixing of transition elements such as copper and iron and mixing of moisture. If the transition element is mixed into the glass preform at 1 ppb or more, the loss wavelength characteristic of the obtained optical fiber is significantly impaired over the entire wavelength. Further, if water is mixed into the base material in an amount of 0.1 ppm or more, the characteristics of the obtained optical fiber in the long wavelength region are impaired.

そこで、通常、透明化前にまたは同時に多孔質母材を
脱水することが行なわれる。脱水処理として、多孔質母
材を塩素系ガス、フッ素系ガスを添加した不活性ガス雰
囲気中で高温加熱する方法が知られている。フッ素系ガ
スを使用する場合は、多孔質母材の脱水を行うのみなら
ず、同時にガラス母材にフッ素を添加する効果をも有し
ている。多孔質母材中にフッ素を添加すると、光ファイ
バには必須である屈折率分布の調整ができるという利点
がある。尚、この点に関しては特公昭55−15682号およ
び特開昭55−67533号に説明されているが、これらに付
いては後述する。
Therefore, the porous base material is usually dehydrated before or at the same time as the transparency. As a dehydration treatment, a method is known in which a porous base material is heated at a high temperature in an inert gas atmosphere to which a chlorine-based gas and a fluorine-based gas are added. When a fluorine-based gas is used, it has the effect of not only dehydrating the porous base material but also adding fluorine to the glass base material at the same time. The addition of fluorine to the porous preform has the advantage that the refractive index distribution, which is essential for an optical fiber, can be adjusted. This point is described in JP-B-55-15682 and JP-A-55-67533, which will be described later.

上記フッ素系ガスを用いた処理は、通常透明化と同時
にまたは前工程として加熱炉内で行われる。加熱炉に
は、母材の加熱処理中に発生する水分や酸素によりカー
ボン発熱体が消耗するのを防ぐため、カーボン発熱体と
焼結雰囲気とを隔離する炉心管が設置されている。炉心
管として、従来、石英ガラス製のものがある。
The treatment using the fluorine-based gas is usually performed in a heating furnace at the same time as the transparency or as a pre-process. The heating furnace is provided with a furnace tube for isolating the carbon heating element from the sintering atmosphere in order to prevent the carbon heating element from being consumed by moisture or oxygen generated during the heat treatment of the base material. Conventionally, there is a core tube made of quartz glass.

なお、石英ガラス製炉心管を利用した方法について
は、特公昭58−58299、同58−42136および特開昭60−86
049各号公報に詳細に示されている。
The method using a quartz glass furnace tube is described in JP-B-58-58299, JP-B-58-42136 and JP-A-60-86.
The details are described in each of the publications.

更に、フッ素系ガスは高温で分解もしくは反応し、F2
ガスやHFガスを生成する。これらのガスは、次式のよう
に石英ガラスと反応してSiF4ガスを生成し、この反応に
より石英ガラスがエッチングされる。
Further, fluorine-based gas is decomposed or reacted at an elevated temperature, F 2
Generates gas and HF gas. These gases react with quartz glass as shown in the following formula to generate SiF 4 gas, and the quartz glass is etched by this reaction.

SiO2+2F2→SiF4+O2 SiO2+4HF→SiF4+2H2O このため石英ガラス内部に存在していた銅や鉄が石英
ガラスの表面に現われ、多孔質母材へ混入する原因とな
る。また、エッチングにより石英ガラス製炉心管にピン
ホールが生じ、外気の混入や雰囲気ガスの炉外への漏出
の原因ともなり、製造工程上悪影響を招く結果になる。
SiO 2 + 2F 2 → SiF 4 + O 2 SiO 2 + 4HF → SiF 4 + 2H 2 O For this reason, copper and iron existing inside the quartz glass appear on the surface of the quartz glass and become a cause of being mixed into the porous base material. In addition, the etching causes pinholes in the quartz glass furnace tube, which may cause intrusion of outside air and leakage of atmospheric gas to the outside of the furnace, resulting in an adverse effect on the manufacturing process.

加えて、石英ガラス管には高熱で変形し易いという重
大な問題点が存在する。ちなみに、温度1300℃程度でも
長時間保持すると、粘性流動により変形が起きてしま
う。また、1150℃以上で長時間使用すると失透を起こ
し、一度炉の温度を下げると、ガラス層と失透層の間に
熱膨張係数差に由来するヒズミが生じ、破壊されてしま
うという欠点を有していた。
In addition, the quartz glass tube has a serious problem that it is easily deformed by high heat. By the way, if it is maintained for a long time even at a temperature of about 1300 ° C., deformation occurs due to viscous flow. In addition, there is a disadvantage that devitrification occurs when used for a long time at 1150 ° C or higher, and once the temperature of the furnace is lowered, a strain derived from a difference in thermal expansion coefficient between the glass layer and the devitrified layer occurs and is destroyed. Had.

ところで、フッ素系ガスや塩素系ガスと反応し難い材
料としてはカーボンが考えられる。カーボンは、石英と
反応し易いガスであるSF6、C2F6、CF4などとも反応しな
い。もちろんSiF4とも反応しない。
By the way, carbon is considered as a material which is hard to react with a fluorine-based gas or a chlorine-based gas. Carbon also does not react with SF 6 , C 2 F 6 , CF 4, etc., which are gases that readily react with quartz. Of course, it does not react with SiF 4 either.

事実、特公昭56−28852号公報に於て、具体的な実施
例は開示していないものの、カーボン炉心管がF2ガスな
どのフッ素系ガス雰囲気で使用できることを示してい
る。
In fact, At a Japanese Patent Publication No. Sho 56-28852, specific examples but it does not disclose, shows that the carbon muffle tube can be used in the fluorine gas atmosphere, such as F 2 gas.

しかしながら、カーボンには次のような欠点がある: (1)カーボンは微細な気孔を持っているため、気体を
容易に透過する。ちなみに、カーボンについての窒素の
透過率は、石英ガラスに比べて106倍も大きい。
However, carbon has the following disadvantages: (1) Since carbon has fine pores, it easily permeates gas. Incidentally, the transmittance of nitrogen for carbon, 10 6 times greater than that of quartz glass.

(2)カーボンは酸化され易く、400℃以上で酸素と容
易に反応してCO2またはCOガスとなってしまう。
(2) Carbon is easily oxidized and easily reacts with oxygen at 400 ° C. or higher to form CO 2 or CO gas.

酸化を防止する為、カーボン炉心管の内壁に、SiC、A
l2O3、BNなどのセラミックス層を形成する方法が考えら
れた。事実、セラミックス層は酸化防止の役目を果たす
ものの、塩素系ガスおよびフッ素系ガスの少なくとも一
方と反応してしまう不具合がある。この反応により生じ
た不純物は、スート母材を失透させたり、スート母材内
に気泡を発生させる。
In order to prevent oxidation, SiC, A
A method of forming a ceramic layer such as l 2 O 3 and BN was considered. In fact, although the ceramic layer plays a role of preventing oxidation, there is a problem that it reacts with at least one of a chlorine-based gas and a fluorine-based gas. The impurities generated by this reaction devitrify the soot base material and generate air bubbles in the soot base material.

上記のように、カーボンはガス透過性の極めて大きな
素材のため、壁を通してガスの出入りがあり、外気の水
分が壁を通して侵入する。その為、得られるガラス母材
は、多くの水分、すなわち水酸基を含む。またCl2、SiF
4などのガスが逆に壁を通して炉外へ放出され、作業環
境を悪くする恐れがある。また、系外からの不純物(た
とえば、Cu、Feなど)の侵入の恐れもある。カーボンの
厚みを厚くすることで、これら欠点はかなり改善される
ものの、完全とは言いがたい。
As described above, carbon is an extremely large gas-permeable material, so that gas enters and exits through the wall, and moisture in the outside air enters through the wall. Therefore, the obtained glass base material contains much water, that is, hydroxyl groups. Cl 2 , SiF
Conversely, gases such as 4 are released to the outside of the furnace through the wall, which may deteriorate the working environment. In addition, there is a possibility that impurities (for example, Cu, Fe, etc.) may enter from outside the system. By increasing the thickness of the carbon, these disadvantages can be considerably improved, but not completely.

以上のように、従来法によるクラッド部の石英ガラス
へのフッ素添加には、種々の困難な問題があった。
As described above, there are various difficult problems in adding fluorine to the quartz glass of the clad portion by the conventional method.

[発明が解決しようとする課題] 本発明は、このような現状に鑑み、光ファイバ用母材
の脱水、透明化、フッ素添加処理に使用される従来の炉
心管の問題点を解決し、寿命の長い耐久性のある光ファ
イバ用母材の加熱炉を提供し、更に炉心管への大気の混
入を防止した長寿命かつ大型の加熱炉を提供しようとす
るものである。
[Problems to be Solved by the Invention] In view of the above situation, the present invention solves the problems of the conventional core tube used for dehydration, clarification, and fluorine addition treatment of the optical fiber base material, and has a long life. It is an object of the present invention to provide a long and durable heating furnace for an optical fiber preform having a long life, and to provide a long-life and large-sized heating furnace in which air is prevented from being mixed into a furnace tube.

[課題を解決するための手段] 本発明者らは、上記問題点を解決すべく鋭意研究の結
果、炉心管の内壁および外壁に熱分解黒鉛または固相炭
素化したガラス状炭素の被覆を有する炉心管を使用すれ
ば高温下で、フッ素系ガス、塩素系ガスなどの腐食性ガ
スを用いても炉心管の劣化はないことを見い出した。こ
れは、内壁がカーボンで被覆されているから、フッ素系
ガス、塩素系ガスとの反応が起きないためであり、従来
の炉心管に比べ、寿命が著しく長くなることを見い出し
た。しかも、これらのカーボンは緻密であり、ガス透過
性も小さいので、従来のカーボン製炉芯管のようなガス
透過の問題もない。
[Means for Solving the Problems] As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that the inner wall and the outer wall of a furnace tube have a coating of pyrolytic graphite or glassy carbon which has been carbonized in solid phase. It has been found that if a core tube is used, there is no deterioration of the core tube even when a corrosive gas such as a fluorine-based gas or a chlorine-based gas is used at a high temperature. This is because the inner wall is coated with carbon, so that there is no reaction with a fluorine-based gas or a chlorine-based gas, and it has been found that the life is significantly longer than that of a conventional reactor core tube. In addition, since these carbons are dense and have low gas permeability, there is no problem of gas permeation as in conventional carbon furnace tubes.

すなわち、本発明の要旨は、石英系ガラス微粒子体か
ら成る光ファイバ用多孔質ガラス母材を加熱処理して光
ファイバ用ガラス母材とする加熱炉であって、発熱体お
よび発熱体の内側に配置されて加熱雰囲気と発熱体とを
隔離する炉心管を有して成り、炉心管基材が、高純度カ
ーボンから形成され、かつ、その内側表面および外側表
面に熱分解黒鉛または固相炭素化したガラス状炭素の被
覆を有することを特徴とする光ファイバ用母材の加熱炉
に存する。
In other words, the gist of the present invention is a heating furnace in which a porous glass preform for an optical fiber made of a silica-based glass fine particle is heat-treated to obtain a glass preform for an optical fiber, wherein the heating element and the inside of the heating element A furnace tube arranged to isolate a heating atmosphere and a heating element, wherein the furnace tube base material is formed of high-purity carbon, and pyrolytic graphite or solid-phase carbon An optical fiber preform heating furnace characterized by having a coated glassy carbon coating.

本発明において、石英系ガラス微粒子体から成る多孔
質ガラス母材(以下、「スート母材」とも言う。)に
は、典型的には、次のような構造のスート母材が包含さ
れる。
In the present invention, the porous glass base material (hereinafter, also referred to as “soot base material”) composed of the silica-based glass fine particles typically includes a soot base material having the following structure.

1.母材全体がガラス微粒子体からなるスート母材または
中空のスート母材。前者の場合、スート母材を透明化し
た後、中心部に孔をあけ、そこへコアとなるガラスロッ
ドを挿入し、最終的にガラス母材を製造する。
1. A soot base material or a hollow soot base material in which the entire base material is made of glass particles. In the former case, after the soot base material is made transparent, a hole is made in the center, and a glass rod serving as a core is inserted therein, and finally a glass base material is manufactured.

2.ガラスコアの周囲にガラス微粒体を堆積させたスート
母材。
2. A soot base material in which fine glass particles are deposited around a glass core.

3.ガラスコアの周囲に予めクラッドの一部となるガラス
層を形成した上にガラス微粒子体を堆積させたスート母
材。
3. A soot base material in which a glass layer that becomes a part of the clad is formed in advance around the glass core and glass fine particles are deposited.

本発明の加熱炉の炉芯管の内側表面および外側表面の
被覆に使用する熱分解黒鉛および固相炭素化したガラス
状炭素とは、それぞれ以下のものを意味する。
The pyrolytic graphite and the solid carbonized vitreous carbon used for coating the inner surface and the outer surface of the furnace core tube of the heating furnace of the present invention respectively mean the following.

熱分解黒鉛(Pyrolytic Carbon)とは、高温(700〜1
200℃)にて、炭化水素を主成分とする原料を熱分解さ
せ、基材上に堆積(蒸着)させて得た黒鉛を意味する。
本発明のように炉芯管基材に被覆するには種々の方法が
あり、例えば静置した炉芯管基材に直接通電によって加
熱したり、あるいは外周から間接加熱してプロパン、メ
タンなどの炭化水素ガスを熱分解して蒸着させる方法を
適用できる。
Pyrolytic carbon (Pyrolytic Carbon) is a high temperature (700-1
(200 ° C.) means a graphite obtained by thermally decomposing a raw material mainly composed of hydrocarbons and depositing (depositing) it on a substrate.
There are various methods for coating the furnace core tube substrate as in the present invention, for example, heating the stationary core tube substrate by direct energization, or indirectly heating from the outer periphery by propane, methane, etc. A method in which a hydrocarbon gas is thermally decomposed and deposited is applicable.

固相炭素化したガラス状炭素とは、熱硬化性樹脂を極
めてゆっくり硬化、炭素化することによって得られるガ
ラス状の炭素を意味し、具体的には、例えばフェノール
樹脂、フラン樹脂などの熱硬化性樹脂、塩化ビニル樹脂
を炭素化することによって得られるが、砂糖、セルロー
ス、ポリ塩化ビニリデンなどの炭素化によっても得られ
る。本発明のように炉芯管基材に被覆するには、例え
ば、熱硬化性樹脂を成形または多重塗付などによって加
工して炉芯管基材上に配置した後、きわめてゆっくりと
炭素化する方法を適用できる。
Solidified carbonized glassy carbon means glassy carbon obtained by curing and carbonizing a thermosetting resin extremely slowly.Specifically, for example, thermosetting of a phenol resin, a furan resin, etc. It can be obtained by carbonizing a reactive resin or a vinyl chloride resin, but can also be obtained by carbonizing sugar, cellulose, polyvinylidene chloride, or the like. In order to coat the furnace core tube substrate as in the present invention, for example, after thermosetting resin is processed by molding or multiple coating and placed on the furnace core tube substrate, it is very slowly carbonized. Method can be applied.

被覆を施す炉芯管基材は、高純度カーボンが好まし
く、特に以下に説明するような高純度カーボン製の基材
が特に好ましい。被覆の厚さは処理条件に応じて適当に
選択できる。
The core tube material to be coated is preferably high-purity carbon, and particularly preferably a high-purity carbon substrate as described below. The thickness of the coating can be appropriately selected according to the processing conditions.

炉芯管基材に使用するカーボンの純度は、一般に全灰
分が50ppm以下、好ましくは20ppm以下の高純度であるの
が好ましい。例えば全灰分が1000ppmであるカーボン
は、鉄または銅などの不純物の面から、本発明の炉芯管
基材として使用するのはあまり適当ではない。全灰分が
20ppm以下のカーボンに含まれる不純物およびその量
は、次表の通りである。
The purity of the carbon used in the furnace core tube base material is preferably high, generally such that the total ash content is 50 ppm or less, preferably 20 ppm or less. For example, carbon having a total ash content of 1000 ppm is not very suitable for use as the core tube material of the present invention in view of impurities such as iron and copper. Total ash content
Impurities contained in carbon of 20 ppm or less and their amounts are as shown in the following table.

ガラス微粒子体の脱水処理剤としては、塩素化合物ガ
スが一般的に用いられるが、本発明の加熱炉を使用して
母材を脱水するには、酸素を含まない塩素系ガス、例え
ばCl2、SiCl4、CCl4等を選択する必要がある。酸素を含
む塩素系ガス、例えばSOCl2等は脱水時の高温で分解
し、酸素を発生して、カーボンを主成分とする炉芯管を
酸化劣化するので好ましくない。但し、CCl4は熱分解し
てカーボン粉を発生させる。また、Cl2は、多孔質母材
中の水分と Cl2+H2O→2HCl+(1/2)O2 という反応により微量ながら酸素を発生させることが考
えられる。一方、SiCl4は多孔質母材中の水分と反応し
ても SiCl4+2H2O→SiO2+4HCl という反応により酸素の発生もなく、また、カーボン粉
も発生しないので本発明の加熱炉を使用する場合に最も
好ましい脱水剤である。尚、脱水処理温度は通常800〜1
200℃程度であり、上述の塩素系ガスを好ましくは0.1〜
10モル%で含む不活性ガス(例えばアルゴンまたはヘリ
ウム)雰囲気下で脱水処理を実施する。
As a dehydrating agent for the glass fine particles, a chlorine compound gas is generally used.To dehydrate the base material using the heating furnace of the present invention, a chlorine-based gas containing no oxygen, for example, Cl 2 , It is necessary to select SiCl 4 , CCl 4 or the like. Chlorine-based gas containing oxygen, for example SOCl 2 or the like to decompose at a high temperature of dehydration, oxygen is generated, since the oxidation deterioration of the furnace core tube as a main component carbon undesirable. However, CCl 4 is thermally decomposed to generate carbon powder. Further, Cl 2 is considered to generate a small amount of oxygen by a reaction of Cl 2 + H 2 O → 2HCl + (1/2) O 2 with water in the porous base material. On the other hand, SiCl 4 is porous also react with moisture base material without generation of oxygen by the reaction of SiCl 4 + 2H 2 O → SiO 2 + 4HCl, also using a heating furnace of the present invention because even carbon powder does not occur Is the most preferred dehydrating agent. The dehydration temperature is usually 800 to 1
About 200 ° C., and the chlorine-based gas described above is preferably 0.1 to
The dehydration treatment is performed under an atmosphere of an inert gas (for example, argon or helium) containing 10 mol%.

ガラス母材へのフッ素添加材としては一般的にフッ素
化合物ガスが使用される。石英製炉芯管では、フッ素化
合物が高温で分解して生成するフッ素によってエッチン
グされるという問題があるので、炉芯管をエッチングし
ないようなフッ素添加剤を選択する必要があった。
Generally, a fluorine compound gas is used as a fluorine additive to the glass base material. In a quartz furnace core tube, there is a problem that a fluorine compound is etched by fluorine generated by decomposition at a high temperature. Therefore, it is necessary to select a fluorine additive that does not etch the furnace core tube.

しかしながら、本発明の加熱炉は、フッ素と反応する
ことがないのでフッ素添加剤の選択の幅は広がり、ケイ
素フッ化物や炭素フッ化物等を使用できる。ケイ素フッ
化物としては例えばSiF4、Si2F6等を使用でき、炭素フ
ッ化物としては例えばCF4、C2F6、C3F8、CCl2F2、C2Cl3
F3等を使用できる。
However, since the heating furnace of the present invention does not react with fluorine, the range of choice of the fluorine additive is widened, and silicon fluoride, carbon fluoride, or the like can be used. As the silicon fluoride, for example, SiF 4 , Si 2 F 6 and the like can be used, and as the carbon fluoride, for example, CF 4 , C 2 F 6 , C 3 F 8 , CCl 2 F 2 , C 2 Cl 3
The F 3 or the like can be used.

特にSiF4は、毒性を有し、高価格であるが、最も汎用
的に市販されているので容易に入手できる点で有利であ
る。また、炭素フッ化物は、安価かつ安全であり、容易
に取り扱えるので有利である。とりわけ、CF4はカーボ
ン粉の発生が無いので本発明の炉芯管を使用する場合に
特に適当なフッ素添加剤である。
In particular, SiF 4 is toxic and expensive, but is advantageous because it is most commonly available and readily available. In addition, carbon fluoride is advantageous because it is inexpensive and safe, and can be easily handled. In particular, CF 4 is a particularly suitable fluorine additive when the furnace core tube of the present invention is used because no carbon powder is generated.

尚、フッ素添加処理時の加熱温度は、1100〜1600℃程
度であり、上述のフッ素化合物ガスを好ましくは0.1〜1
00モル%で含む不活性ガス(例えばアルゴンまたはヘリ
ウム)雰囲気下でフッ素添加処理を実施する。
The heating temperature during the fluorine addition treatment is about 1100 to 1600 ° C., and the above-mentioned fluorine compound gas is preferably 0.1 to 1
The fluorine addition treatment is performed in an inert gas (eg, argon or helium) atmosphere containing 00 mol%.

本発明の加熱炉を使用して母材の透明ガラス化を実施
するには、不活性ガス(たとえばヘリウム、窒素、アル
ゴンなど)を供給しながら、加熱温度1400〜1600℃で実
施するのが好ましい。
In order to carry out transparent vitrification of the base material using the heating furnace of the present invention, it is preferable to carry out the heating at a heating temperature of 1400 to 1600 ° C. while supplying an inert gas (eg, helium, nitrogen, argon, etc.). .

ここで、本発明の基礎となった実験および概念につい
て説明する。言うまでもないが、以下に述べる概念は、
本発明に有効な実験による知見を得て、初めて説明でき
たものであって、予め容易に類推できるものではなかっ
た。
Here, an experiment and a concept on which the present invention is based will be described. Needless to say, the concept described below is
This was explained for the first time based on the knowledge obtained from experiments effective for the present invention, and could not be easily analogized in advance.

耐熱性の検討 実験1: 内径100mm、長さ300mm、厚さ2mmの石英ガラス製炉心
管を1500℃で加熱し、一昼夜この温度に保持したとこ
ろ、炉心管は引伸び、長さ400mmになってしまった。
Examination of heat resistance Experiment 1: A quartz glass core tube with an inner diameter of 100 mm, a length of 300 mm, and a thickness of 2 mm was heated at 1500 ° C and kept at this temperature all day and night, and the core tube expanded to 400 mm in length. Oops.

実験2: 内外表面に30μm厚の熱分解黒鉛層を被覆した実験1
の炉心管と同じ寸法の高純度カーボン基材炉心管を用
い、実験1と同様に加熱したところ、炉心管の伸びは全
くみられなかった。また、内外表面に10μm厚の固相炭
素化したガラス状炭素を被覆した場合も同様であった。
Experiment 2: Experiment 1 in which the inner and outer surfaces were coated with a 30 μm thick pyrolytic graphite layer
When a high-purity carbon-based core tube having the same dimensions as that of the above-mentioned core tube was used and heated in the same manner as in Experiment 1, the elongation of the core tube was not observed at all. The same applies to the case where the inner and outer surfaces are coated with 10 μm thick solid carbonized glassy carbon.

本実験において、炭化水素ガスを、1000℃の雰囲気に
導入して熱分解黒鉛層を基材に被覆し、また、塩化ビニ
ル樹脂を硬化、炭素化することにより、ガラス状炭素を
基材に被覆した。
In this experiment, a hydrocarbon gas was introduced into the atmosphere at 1000 ° C to coat the pyrolytic graphite layer on the substrate, and the vinyl chloride resin was cured and carbonized to coat the glassy carbon on the substrate. did.

以下の実験および実施例においても特に断らない限
り、上記方法により被覆した。
In the following experiments and examples, coating was performed by the above method unless otherwise specified.

実験3: 実験1と同じ炉心管を、1日毎に室温から1500℃に3
時間かけて昇温、さらに1500℃から室温まで降温するテ
ストを繰り返したところ、20日後に炉心管は失透による
破壊を起こした。
Experiment 3: The same furnace tube as in Experiment 1 was heated from room temperature to 1500 ° C every day.
After repeated tests of increasing the temperature over time and further decreasing the temperature from 1500 ° C. to room temperature, the core tube was destroyed by devitrification after 20 days.

実験4: 実験2と同じ炉心管について実験3と同じ昇温テスト
を行ったところ、20日間経過後も全く問題はなかった。
Experiment 4: The same heating test as in Experiment 3 was performed on the same core tube as in Experiment 2, and there was no problem after 20 days.

耐酸化性の検討 実験5: 実験2と同じ炉芯管を使用して、炉心管内を大気雰囲
気とし、500℃で1時間加熱しても酸化は認められなか
った。
Examination of Oxidation Resistance Experiment 5: No oxidation was observed when the same furnace core tube as in Experiment 2 was used, and the furnace tube was heated to 500 ° C. for 1 hour in the atmosphere.

実験6: 表面に熱分解黒鉛またはガラス状炭素を被覆しないで
実験5と同じ条件下で高純度カーボン製炉芯管を加熱し
たところ、基材のカーボンは酸化され、50μmの厚さが
消耗した。
Experiment 6: When heating the high-purity carbon furnace tube under the same conditions as in Experiment 5 without coating the surface with pyrolytic graphite or glassy carbon, the carbon of the base material was oxidized and the thickness of 50 μm was consumed. .

耐蝕性の検討 実験7: 実験1と同じ寸法の高純度カーボン炉芯管の内外表面
に30μm厚の熱分解黒鉛を被覆した。炉芯管内をCl2/He
=5モル%/95モル%の雰囲気として1050℃に加熱した
ところ、炉芯管の腐食は全く認められなかった。また、
炉芯管壁を介してのCl2ガスの漏れも認められなかっ
た。
Examination of Corrosion Resistance Experiment 7: A 30 μm thick pyrolytic graphite was coated on the inner and outer surfaces of a high purity carbon furnace core tube having the same dimensions as in Experiment 1. Cl 2 / He inside the furnace tube
= 5 mol% / 95 mol% and heated to 1050 ° C., no corrosion of the furnace tube was observed. Also,
No leakage of Cl 2 gas through the furnace core tube wall was observed.

同様に、内外表面に10μm厚のガラス状炭素を被覆し
た高純度カーボン炉芯管についても加熱実験した。炉芯
管の腐食およびCl2ガスの漏れは認められなかった。
Similarly, a heating experiment was performed on a high-purity carbon furnace core tube having a 10 μm-thick glassy carbon coating on the inner and outer surfaces. No corrosion of the furnace core tube and no leakage of Cl 2 gas were observed.

このようにCl2ガスの漏れを抑えるのは、熱分解黒鉛
およびガラス状炭素の被覆が緻密であることによるもの
と考えられる。
It is considered that the reason why the leakage of the Cl 2 gas is suppressed is that the coating of the pyrolytic graphite and the glassy carbon is dense.

実験8: 熱分解黒鉛またはガラス状炭素の被覆を有さない高純
度カーボン炉心管を用いて実験7と同様に実験したとこ
ろ、Cl2ガスの炉芯管壁を介しての漏れがみられた。
Experiment 8: An experiment was performed in the same manner as in Experiment 7 using a high-purity carbon core tube having no coating of pyrolytic graphite or glassy carbon, and leakage of Cl 2 gas through the core tube wall was observed. .

実験9: 炉心管の内外表面に熱分解黒鉛またはガラス状炭素を
被覆する代わりに炭化ケイ素を被覆した炉心管を用いて
実験7を実施したところ、内外表面の炭化ケイ素被覆は
反応して揮散し、しかも、炉芯管壁を介してCl2ガスの
漏れが認められた。
Experiment 9: Experiment 7 was performed using a furnace tube coated with silicon carbide instead of coating the inner and outer surfaces of the furnace tube with pyrolytic graphite or glassy carbon, and the silicon carbide coating on the inner and outer surfaces reacted and volatilized. Moreover, leakage of Cl 2 gas through the furnace core tube wall was observed.

この反応(SiCの分解)は以下の式に基づくと考えら
れる: SiC+2Cl2→SiCl4+C 実験10: 実験2で用いた炉芯管と同じ炉芯管を使用し、炉芯管
内をSiF4/He=3モル%/97モル%雰囲気にして1400℃に
加熱したところ、炉芯管内の腐食は全く認められず、炉
芯管壁を介してのSiF4ガスの漏れも認められなかった。
This reaction (decomposition of SiC) is considered to be based on the following equation: SiC + 2Cl 2 → SiCl 4 + C Experiment 10: Using the same furnace core tube as used in Experiment 2, the inside of the furnace core tube was SiF 4 / When the atmosphere was heated to 1400 ° C. in an atmosphere of He = 3 mol% / 97 mol%, no corrosion in the furnace core tube was observed, and no leakage of SiF 4 gas through the furnace core tube wall was observed.

実験11: 実験9で使用した内外表面にSiCを被覆した炉芯管を
用いて、実験10を繰り返したところ、内外表面の被覆は
反応して揮散した。
Experiment 11: When Experiment 10 was repeated using the furnace core tube having the inner and outer surfaces coated with SiC used in Experiment 9, the coating on the inner and outer surfaces reacted and volatilized.

従って、このような炉芯管は長期使用の点で問題が残
る。
Therefore, such a furnace core tube has a problem in long-term use.

以上の実験1〜11から、次のことが明らかになった。 From the above Experiments 1 to 11, the following became clear.

i)高純度カーボンを基材とし、内外表面に熱分解黒鉛
またはガラス状炭素を被覆した炉芯管は純粋な石英ガラ
ス製炉芯管に比べて極めて高温に耐え得る。
i) A furnace core tube made of high-purity carbon as a base material and having inner and outer surfaces coated with pyrolytic graphite or glassy carbon can withstand extremely high temperatures as compared with a furnace tube made of pure quartz glass.

ii)耐酸化性に関しても、熱分解黒鉛またはガラス状炭
素を被覆した炉芯管は従来のカーボン基材に対し極めて
優れた耐酸化性を有する。
ii) Regarding oxidation resistance, a furnace core tube coated with pyrolytic graphite or glassy carbon has extremely excellent oxidation resistance with respect to a conventional carbon substrate.

iii)更に、Cl2、フッ素系ガスを使用する場合でも、上
記本発明の炉芯管は、耐蝕性を有する。また、石英製炉
芯管は、耐フッ素系ガス性に難があり(SiO2がSiF4によ
りエッチングされる(1100℃1.6μm/hour)。)、SiC被
覆を施した高純度カーボン炉芯管は耐塩素系ガス性、耐
フッ素系ガス性のいずれにも難点がある。
iii) Furthermore, even when Cl 2 or fluorine-based gas is used, the furnace core tube of the present invention has corrosion resistance. In addition, the quartz furnace core tube has difficulty in fluorine gas resistance (SiO 2 is etched by SiF 4 (1100 ° C. 1.6 μm / hour)), and a high purity carbon furnace tube coated with SiC. Has difficulty in both chlorine gas resistance and fluorine gas resistance.

次に、本発明の特に好ましい加熱炉の態様について図
面を参照して更に詳細に説明する。
Next, a particularly preferred embodiment of the heating furnace of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

本発明の第1の態様の加熱炉を第1図に示す。 FIG. 1 shows a heating furnace according to a first embodiment of the present invention.

第1図は、本発明の第1態様の加熱炉の概略断面図で
ある。
FIG. 1 is a schematic sectional view of a heating furnace according to a first embodiment of the present invention.

第1図中、1はスート母材、2は支持棒、3は炉心
管、4は発熱体、5は炉本体、6は不活性ガスの導入
口、7は雰囲気ガス(例えばSiF4、ヘリウム等)の導入
口である。31は高純度カーボン炉心管基材、32は熱分解
黒鉛またはガラス状炭素被覆層である。第1図の態様で
は、炉芯管の内外の(底面も含めた)全表面に被覆を有
する。
In FIG. 1, 1 is a soot base material, 2 is a support rod, 3 is a furnace tube, 4 is a heating element, 5 is a furnace body, 6 is an inert gas inlet, and 7 is an atmosphere gas (for example, SiF 4 , helium). Etc.). 31 is a high-purity carbon core tube base material, and 32 is a pyrolytic graphite or glassy carbon coating layer. In the embodiment of FIG. 1, the entire inner and outer surfaces (including the bottom surface) of the furnace core tube are covered.

このように全面に熱分解黒鉛またはガラス状炭素の被
覆を有する炉芯管を有する加熱炉を使用してスート母材
を炉芯管内でトラバースさせながら母材を加熱処理す
る。
The soot base material is subjected to heat treatment while traversing the soot base material in the furnace core tube using a heating furnace having a furnace core tube having a coating of pyrolytic graphite or glassy carbon on the entire surface.

本発明の第2の態様では、炉芯管は、取り外し可能に
接続された上部、中央部および下部から成り、少なくと
も該中央部は熱分解黒鉛またはガラス状炭素を被覆した
高純度カーボンから形成され、該上部および下部は耐熱
耐蝕性材料から形成されている。
In a second aspect of the present invention, the furnace core tube comprises a detachably connected upper, middle and lower portion, at least the center of which is formed from pyrolytic graphite or high purity carbon coated with glassy carbon. The upper and lower portions are formed of a heat and corrosion resistant material.

以下、この第2の態様を図面に示す例に基づいて詳細
に説明する。
Hereinafter, the second embodiment will be described in detail based on an example shown in the drawings.

本加熱炉の概略断面図を第2図に示す。加熱炉本体5
の内側に、発熱体4が設けられると共に、炉体中心に炉
心管3が設けられる。
FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of the heating furnace. Heating furnace body 5
A heating element 4 is provided inside the furnace, and a furnace tube 3 is provided at the center of the furnace body.

該炉心管3は、上部34、中央部35および下部36から成
り、それぞれは適当な手段、例えばネジ止めなどにより
取り外し可能に接続されている。炉心管中央部35は、熱
分解黒鉛またはガラス状炭素の被覆32を有する高純度カ
ーボン基材31により形成される。
The core tube 3 comprises an upper portion 34, a central portion 35 and a lower portion 36, each of which is detachably connected by a suitable means, for example, a screw. The core tube central part 35 is formed of a high-purity carbon base material 31 having a coating 32 of pyrolytic graphite or glassy carbon.

炉心管の上部34および下部36は、中央部35ほど高温と
はならないので、耐酸化、塩素系ガスおよび/またはフ
ッ素系ガスに対する耐食性の要求を満足するSiCあるい
はSi3N4を表面に被覆した高純度カーボンで形成してよ
い(簡単の為、上部および下部の被覆は図示せず)。
(SiC、Si3N4は、低温でCl2、フッ素と反応しない。) SiCまたはSi3N4の被覆を基材に適用するには、たとえ
ばCVD(Chemical vaper deposition)法を採用できる。
The upper part 34 and lower part 36 of the core tube are not as hot as the central part 35, so the surface is coated with SiC or Si 3 N 4 which satisfies the requirements of oxidation resistance, corrosion resistance to chlorine-based gas and / or fluorine-based gas. It may be made of high-purity carbon (the upper and lower coatings are not shown for simplicity).
(SiC and Si 3 N 4 do not react with Cl 2 or fluorine at low temperatures.) To apply a coating of SiC or Si 3 N 4 to a substrate, for example, a CVD (Chemical vaper deposition) method can be adopted.

基材が高純度カーボンから作られた本発明の炉心管
は、雰囲気が酸素および水分を含まなければ、ハロゲン
系ガスと全く反応しないので好適であり、しかも抜群の
耐熱性を有している。
The core tube of the present invention, in which the base material is made of high-purity carbon, is suitable because it does not react with a halogen-based gas at all unless the atmosphere contains oxygen and moisture, and has excellent heat resistance.

しかし、多孔質母材を処理する際、母材に吸蔵された
水分、および系外より侵入してきた水分や酸素ガスによ
り、高温にさらされる中央部35のカーボンが、長時間使
用していると消耗することがある。また、以下に記載す
る多孔質母材の処理に伴う特殊な原因から、カーボン内
壁が消耗され易い。
However, when processing the porous base material, the carbon in the central portion 35 exposed to high temperatures due to the moisture absorbed in the base material and the moisture and oxygen gas that has entered from outside the system has been used for a long time. May wear out. Further, the carbon inner wall is easily consumed due to a special cause accompanying the processing of the porous base material described below.

すなわち、多孔質母材より離脱したSiO2粉がカーボン
内壁に付着し、カーボンと反応してSiCを形成し、その
際、生成した酸素がさらにカーボンと反応してCOを形成
する。形成されたSiCは、脱水時に使用する塩素ガスと
容易に反応する。このようにして、カーボン内壁は、Si
O2粉と反応を起こし消耗していく。
That is, the SiO 2 powder released from the porous base material adheres to the inner wall of the carbon and reacts with the carbon to form SiC. At that time, the generated oxygen further reacts with the carbon to form CO. The formed SiC easily reacts with chlorine gas used during dehydration. In this way, the inner carbon wall is
It reacts with O 2 powder and is consumed.

これらの反応は、下記の一連の式で示すことができ
る。
These reactions can be represented by the following series of equations.

SiO2+C→SiC+O2 O2+2C→2CO SiC+Cl2→SiCl4+C 更に、脱水剤として使用するCl2が多孔質母材中の水
分と反応する: Cl2+H2O→2HCl+(1/2)O2 この反応により生成する酸素もカーボンを消耗する原
因となる。
SiO 2 + C → SiC + O 2 O 2 + 2C → 2CO SiC + Cl 2 → SiCl 4 + C Further, Cl 2 used as a dehydrating agent reacts with moisture in the porous base material: Cl 2 + H 2 O → 2HCl + (1/2) O 2 Oxygen generated by this reaction also causes carbon to be consumed.

従って、中央部のカーボン材は、長時間使用した場
合、取り替える必要がある。
Therefore, the carbon material in the central portion needs to be replaced when used for a long time.

これに対して、炉心管の上部および下部は、中央部ほ
ど高温にさらされないのでさほど消耗されず、炉心管が
本発明のように3段構造となっていると、消耗した中央
部だけ取り替えることができるので、好ましい。
On the other hand, the upper and lower portions of the core tube are not exposed to high temperatures as much as the central portion, so they are not consumed much. If the core tube has a three-stage structure as in the present invention, only the worn central portion is replaced. Is preferred.

また、カーボンは、多孔質なので、使用に際しては予
め高温で充分吸着水分を除去する必要がある。それ故、
吸着水分除去の点から、カーボン炉心管の取り替え頻度
は少ない方がよい。
Further, since carbon is porous, it is necessary to sufficiently remove adsorbed moisture at a high temperature before use. Therefore,
From the viewpoint of removing adsorbed water, it is better that the replacement frequency of the carbon furnace tube is low.

また、炉心管の酸化を防ぐ方法の一つは、ガラス母材
の出し入れの温度をカーボンが酸化しない500℃以下と
することである。しかし、この方法では、炉の稼動率が
大幅に低下する。また、炉心管内が、大気中のダストで
汚染されるのを防げない。このような、炉心管内への大
気の混入の防止は、本発明の第3の態様の加熱炉により
達成される。即ち、本発明の第3の態様の加熱炉は、発
熱体および炉心管に加え、多孔質ガラス母材を収納し且
つ炉心管に出し入れするための前室を有する。前室は80
0℃に加熱することおよび10-2トールに減圧することが
可能であることが好ましい。
One method of preventing oxidation of the furnace tube is to set the temperature of the glass base material in and out of 500 ° C. or less at which carbon is not oxidized. However, in this method, the operation rate of the furnace is greatly reduced. In addition, the inside of the reactor core tube cannot be prevented from being contaminated with dust in the atmosphere. Such prevention of the air from being mixed into the furnace tube is achieved by the heating furnace according to the third aspect of the present invention. That is, the heating furnace according to the third aspect of the present invention has a front chamber for accommodating the porous glass base material and taking in and out of the furnace tube in addition to the heating element and the furnace tube. Front room is 80
Preferably, it is possible to heat to 0 ° C. and reduce the pressure to 10 −2 torr.

前室は、高温に耐えかつ不純物を発生しない材料、例
えば、石英ガラス、SiC、Si3N4、BNからできていること
が好ましい。前室は、炉心管と同様の材料からできてい
てもよく、または異なった材料からできてもよい。
The anterior chamber is preferably made of a material that can withstand high temperatures and does not generate impurities, for example, quartz glass, SiC, Si 3 N 4 , and BN. The anterior chamber may be made of the same material as the furnace tube, or may be made of a different material.

以下、この第3の態様を、添付図面により説明する。 Hereinafter, the third embodiment will be described with reference to the accompanying drawings.

第3図は、第3の態様の加熱炉の一例を示す概略断面
図である。この加熱炉は、第2図に示した加熱炉に前室
11を取り付けたもの(但し、第3図においては上部およ
び下部の被覆を図示)であり、第2図の加熱炉の各部分
に加え、前室11、前室ガス出口14、前室パージガス入口
15及び間仕切り16を有している。
FIG. 3 is a schematic sectional view showing an example of a heating furnace according to a third embodiment. This heating furnace is the same as the heating furnace shown in FIG.
11 (note that the upper and lower coatings are shown in FIG. 3), in addition to the heating furnace shown in FIG. 2, a front chamber 11, a front chamber gas outlet 14, and a front chamber purge gas inlet.
15 and a partition 16 are provided.

第3図の加熱炉へ多孔質ガラス体を挿入するには、次
の様にする。
In order to insert the porous glass body into the heating furnace of FIG.

1.間仕切り16を閉める。(初期状態、スート処理中は開
いている。) 2.回転・上下動可能なチャックに多孔質ガラス母材1を
支持棒2を介して取り付ける。
1. Close partition 16. (Initial state, open during soot processing.) 2. Mount porous glass preform 1 via support rod 2 to chuck that can rotate and move up and down.

3.前室11の上蓋を開け、多孔質ガラス母材1を前室11内
に降下させる。
3. Open the upper lid of the front chamber 11 and lower the porous glass preform 1 into the front chamber 11.

4.上蓋を閉じ、前室内を不活性ガス(N2又はHe等)で置
換する。
4. Close the lid, replacing the previous chamber with an inert gas (N 2 or He, etc.).

5.前室11と加熱雰囲気を隔てる間仕切り16を開け、多孔
質ガラス母材1をあらかじめ加熱処理温度に保たれた加
熱雰囲気へ導入する。
5. Open the partition 16 separating the heating chamber and the front chamber 11, and introduce the porous glass preform 1 into the heating atmosphere previously maintained at the heating temperature.

また、本発明の加熱炉から母材を取り出すには、次の
様にする。
Further, to take out the base material from the heating furnace of the present invention, the following procedure is performed.

1.加熱処理が終わった母材1を加熱雰囲気から前室11へ
引上げる。その際、加熱雰囲気の温度は、必ずしも下げ
る必要はない。
1. The base material 1 after the heat treatment is pulled up from the heating atmosphere to the front room 11. At that time, the temperature of the heating atmosphere does not necessarily need to be lowered.

2.間仕切り16を閉じる。2. Close partition 16.

3.前室11の上蓋を開け、母材1を取り出す。3. Open the upper lid of the front room 11 and take out the base material 1.

本発明の別の要旨は、石英系ガラス微粒子体から成る
多孔質ガラス母材を、上述の加熱炉中、即ち、炉心管基
材が高純度カーボンから形成され、かつ、その内側表面
および外側表面に熱分解黒鉛または固相炭素化したガラ
ス状炭素の被覆を有することを特徴とする光ファイバ用
ガラス母材の加熱炉中、要すれば脱水した後に、フッ素
添加剤としてケイ素フッ化物および炭素フッ化物から選
ばれた少なくとも1種のフッ化物を含む不活性ガス雰囲
気下で加熱処理することにより、フッ素を添加し、同時
にまたはその後ガラス微粒子体を透明化することから成
る、光ファイバ用ガラス母材の製造方法に存する。
Another gist of the present invention is to provide a porous glass preform made of quartz-based glass fine particles in the above-mentioned heating furnace, that is, a furnace tube base material made of high-purity carbon, and an inner surface and an outer surface thereof. A glass preform for optical fiber characterized by having a coating of pyrolytic graphite or solid carbonized glassy carbon on a heating furnace, if necessary after dehydration, and then silicon fluoride and carbon fluoride as fluorine additives. A glass preform for an optical fiber, comprising adding fluorine and simultaneously or subsequently clarifying the glass microparticles by heat treatment in an inert gas atmosphere containing at least one fluoride selected from fluorides. In the manufacturing method.

炉心管の加工時の汚染や、吸着したホコリおよび水分
を完全に除くため、使用前に、塩素系ガス、特にCl2
含む雰囲気下で1500℃以上の温度で、炉心管を数時間空
焼きすることが望ましい。空焼きしない炉心管の中でフ
ッ素添加して得たガラス母材から製造される光ファイバ
には、水分や不純物に由来する著しい吸収がみられるこ
とがある。
Contamination or during processing of the muffle tube, to remove completely the adsorbed dust and moisture, prior to use, a chlorine-based gas, in particular at a temperature of 1500 ° C. or higher in an atmosphere containing Cl 2, several hours bakeout the core tube It is desirable to do. In an optical fiber manufactured from a glass base material obtained by adding fluorine in a furnace tube that is not fired, significant absorption due to moisture and impurities may be observed.

本発明の方法における各工程では、先に本発明の加熱
炉に関連して説明した条件、使用ガスの種類などの態様
を採用できる。
In each step of the method of the present invention, the conditions and the type of gas used described in relation to the heating furnace of the present invention can be adopted.

本発明の方法において用いるフッ素ドーパントは先に
説明したものを使用できるが、その中でも、SiF4が最も
適している。SiF4は、3N以上の高純度品であることが好
ましい。
As the fluorine dopant used in the method of the present invention, those described above can be used, and among them, SiF 4 is most suitable. SiF 4 is preferably a high-purity product of 3N or more.

SiF4はカーボンとは全く反応しないが、スート母材を
充分乾燥せずに用いた場合には、フッ素添加時にカーボ
ン炉心管内に発煙を生じることがある。これはスート母
材中の水分が、SiF4やカーボンと反応したために生じる
ものと考えられる。その結果、スート母材上部にカーボ
ン粒子らしき付着物が堆積することがある。これを防止
する為、スート母材を、カーボン炉心管内でSiF4を添加
した雰囲気下に加熱処理する前に、スート母材を脱水乾
燥することが好ましい。
Although SiF 4 does not react with carbon at all, if the soot base material is used without being sufficiently dried, smoke may be generated in the carbon furnace tube when fluorine is added. This is considered to be caused by the moisture in the soot base material reacting with SiF 4 and carbon. As a result, deposits like carbon particles may be deposited on the upper part of the soot base material. In order to prevent this, it is preferable to dehydrate and dry the soot base material before subjecting the soot base material to heat treatment in a carbon furnace tube in an atmosphere to which SiF 4 is added.

もちろん脱水は、先に説明したようにフッ素添加と同
時に行うこともできるが、上記のような理由および脱水
効果の点から、フッ素添加に先立って行うのが好まし
い。
Of course, the dehydration can be performed simultaneously with the addition of fluorine as described above, but it is preferable to perform the dehydration prior to the addition of fluorine from the above reasons and the point of the dehydration effect.

SiF4によるスート母材へのフッ素添加は、1000℃また
はそれ以上の温度、好ましくは1100〜1400℃において効
率的に行うことができる。フッ素添加は、スート母材の
収縮が完了する以前に、充分実施しなければならない。
フッ素が充分に添加されない状態で収縮してしまった場
合、スート母材全体にフッ素が添加されず、不均一にフ
ッ素添加が行なわれ、フッ素添加量に分布が生じる。
The addition of fluorine to the soot matrix by SiF 4 can be efficiently performed at a temperature of 1000 ° C. or higher, preferably 1100 to 1400 ° C. Fluoridation must be performed well before the soot matrix shrinkage is complete.
When shrinkage occurs in a state in which fluorine is not sufficiently added, fluorine is not added to the entire soot base material, fluorine is added non-uniformly, and a distribution of the amount of added fluorine occurs.

スート母材は、上述のように、火炎加水分解法で製造
されたもので、粒径0.1〜0.2μmのガラス微粒子からな
る。
As described above, the soot base material is manufactured by the flame hydrolysis method, and is made of glass fine particles having a particle size of 0.1 to 0.2 μm.

以下、本発明の方法をより詳細に説明する。 Hereinafter, the method of the present invention will be described in more detail.

スート母材の作製 火炎加水分解反応によって、石英ガラス微粒子体を生
成させるには、第4図(a)に示すように、石英製同心
多重管バーナー41を用いて、酸素、水素と原料ガスとし
てのSiCl4またはSiCl4とドーパント化合物(たとえば、
GeCl4)との混合ガスを、不活性ガス(たとえば、アル
ゴンまたはヘリウム)をキャリャーガスに用いて酸水素
炎の中心に送り込み、反応させればよい。
Preparation of Soot Base Material In order to generate quartz glass fine particles by a flame hydrolysis reaction, as shown in FIG. 4 (a), a quartz concentric multi-tube burner 41 is used to convert oxygen, hydrogen and raw material gas. SiCl 4 or SiCl 4 and a dopant compound (for example,
A mixed gas with GeCl 4 ) may be sent to the center of an oxyhydrogen flame using an inert gas (eg, argon or helium) as a carrier gas to cause a reaction.

原料ガスがバーナー41の先端から数mm離れた空間で反
応するように、遮蔽用として不活性ガスを供給する。ス
ート母材のロッドを得る場合には、回転するシードロッ
ド46の先端から軸方向にガラス微粒子を堆積させる。ま
た、パイプ状スート母材を得る場合には、第4図(b)
に示すように、回転する石英棒あるいは炭素棒46の外周
部にバーナー41をトラバースさせながらガラス微粒子体
を積層させた後、中心部材46を除去する。なお、46はコ
ア用ガラスロッドでもよく、この場合は中心部材を引抜
く必要はない。またバーナー41は複数本使用してもよ
い。
An inert gas is supplied for shielding so that the source gas reacts in a space several mm away from the tip of the burner 41. When obtaining a soot base material rod, glass particles are deposited axially from the tip of the rotating seed rod 46. In addition, when obtaining a pipe-shaped soot base material, FIG. 4 (b)
As shown in FIG. 7, after the glass particles are laminated while the burner 41 is traversed on the outer periphery of the rotating quartz rod or carbon rod 46, the center member 46 is removed. In addition, 46 may be a core glass rod, and in this case, it is not necessary to pull out the center member. Further, a plurality of burners 41 may be used.

スート母材へのフッ素添加および透明化(焼結) 上記方法で得たスート母材を、たとえば第2図に示す
ような、内外周部を気体透過性の小さい材料で被覆した
高純度カーボンからなる炉心管(上部および下部フラン
ジ並びに円筒マッフル)内において、発熱体の上部にあ
たる位置で待機させ、炉心管内をCl2ガスを添加したヘ
リウム雰囲気とし、発熱体の温度を上昇させ、1050℃に
達した時点よりスート母材を2〜10mm/分程度の速度で
降下させる。スート母材全体が発熱体側方部を通過した
後、スート母材の降下を停止し、次にCl2ガスの供給を
止め、代わりにSiF4を含むヘリウム雰囲気とした後、発
熱体温度が1400℃に達した時点から、今度はスート母材
を4mm/分の速度で上昇させながら、フッ素を添加する。
Addition of fluorine to soot base material and clarification (sintering) The soot base material obtained by the above method is made of, for example, high-purity carbon whose inner and outer peripheral portions are coated with a material having low gas permeability as shown in FIG. In the furnace tube (upper and lower flanges and cylindrical muffle), the furnace is made to stand by at a position corresponding to the upper part of the heating element, the inside of the furnace tube is made to be a helium atmosphere containing Cl 2 gas, and the temperature of the heating element is raised to 1050 ° C. From this point, the soot base material is lowered at a speed of about 2 to 10 mm / min. After the entire soot base material has passed the side of the heating element, the descent of the soot base material is stopped, then the supply of Cl 2 gas is stopped, and instead, a helium atmosphere containing SiF 4 is used. When the temperature reaches ° C, fluorine is added while raising the soot base material at a speed of 4 mm / min.

再び、スート全部が発熱体側方部を通過した後、SiF4
ガスの供給を止め、Heのみの雰囲気とし、発熱体温度が
1600℃に達した時点から、今度はスート母材を3mm/分の
速度で下降させながら透明化する。
Again, after all the soot has passed the side of the heating element, the SiF 4
Turn off the gas supply and set the atmosphere to He only.
When the temperature reaches 1600 ° C, the soot base material is clarified while descending at a speed of 3 mm / min.

次に実施例を示し、本発明をさらに具体的に説明す
る。
Next, the present invention will be described more specifically with reference to examples.

実施例1 第2図に示した態様の加熱炉を使用して多孔質ガラス
母材の脱水、フッ素添加および透明化処理を実施した。
Example 1 Using the heating furnace shown in FIG. 2, the porous glass base material was subjected to dehydration, fluorine addition, and transparency treatment.

炉芯管は、内径200mm、厚さ10mm、長さ1000mmであ
り、熱分解黒鉛を30μm厚で内外表面に有する高純度カ
ーボン基材中央部ならびにSiCを50μm厚で内外表面に
有する高純度カーボン基材の上部および下部から成る。
The furnace core tube has an inner diameter of 200 mm, a thickness of 10 mm, and a length of 1000 mm.A high-purity carbon substrate with pyrolytic graphite 30 μm thick on the inner and outer surfaces and a 50 μm thick SiC on the inner and outer surfaces Consists of the top and bottom of the lumber.

各処理条件を以下に示す: (脱水処理) 1050℃、 Cl2/He=5モル%/95モル% 母材下降速度5mm/分 (フッ素添加処理) 1370℃、 SiF4/He=3モル%/97モル%、 母材上昇速度3mm/分 (透明化処理) 1600℃、He100%、 母材下降速度5mm/分 得られた透明ガラス母材の比屈折率差Δnは0.34%で
あった。但し、 [式中、nは屈折率を、添字のSiO2は純石英を、Fはフ
ッ素添加した母材を意味する。] 得られた母材をクラッドとし、純石英コア単モードフ
ァイバを作製した。このファイバの伝送損失を測定した
ところ、光波長1.55μmにおいて損失は0.17dB/kmであ
り、CuおよびFeが存在することに由来する吸収は全く認
められなかった。
The processing conditions are as follows: (dehydration treatment) 1050 ° C, Cl 2 / He = 5 mol% / 95 mol% Base material descent rate 5 mm / min (fluorine addition treatment) 1370 ° C, SiF 4 / He = 3 mol% / 97 mol%, base material rising speed 3 mm / min (clearing treatment) 1600 ° C., He 100%, base material descending speed 5 mm / min The relative refractive index difference Δn of the obtained transparent glass base material was 0.34%. However, [In the formula, n represents a refractive index, a subscript SiO 2 represents pure quartz, and F represents a fluorine-doped base material. Using the obtained base material as a clad, a pure silica core single mode fiber was produced. When the transmission loss of this fiber was measured, the loss was 0.17 dB / km at an optical wavelength of 1.55 μm, and no absorption due to the presence of Cu and Fe was observed at all.

同じ炉芯管を使用して同様にフッ素添加ガラス母材を
50本加熱処理して得たが、炉芯管の劣化は認められなか
った。
Using the same furnace core tube, a fluorine-containing glass
Heat treatment was performed on 50 tubes, but no deterioration of the furnace core tube was observed.

実施例2 第6図に示すように、実施例1の炉芯管3の外側に、
熱分解黒鉛を被覆した高純度カーボン外挿管10(外挿管
の内外全表面に被覆、厚さ30μm)を配置して二重構造
とした。(簡単のため、外挿管の被覆は図示せず。) 実施例1と同じ条件で各処理を実施した。本実施例で
は、炉芯管と外挿管との間に炉芯管内圧に対して負圧と
なるようにHeガスを10/分で導入口8から供給した。
Example 2 As shown in FIG. 6, outside the furnace core tube 3 of Example 1,
A high-purity carbon extracorporeal tube 10 (coated on the entire inner and outer surfaces of the extracorporeal tube, having a thickness of 30 μm) coated with pyrolytic graphite was provided to form a double structure. (For simplicity, the coating of the extracorporeal tube is not shown.) Each process was performed under the same conditions as in Example 1. In this embodiment, He gas was supplied from the inlet 8 at a rate of 10 / min between the furnace core tube and the outer tube so that the pressure became negative with respect to the furnace core tube internal pressure.

本実施例により得られた母材をクラッドとして使用し
て純石英コア単モードファイバを作製した。このファイ
バの光波長1.55μmにおける伝送損失はいずれの場合も
0.17dB/kmであり、残留水分は0.01ppm以下であった。
A pure silica core single mode fiber was manufactured using the base material obtained in this example as a clad. The transmission loss of this fiber at an optical wavelength of 1.55 μm is
It was 0.17 dB / km and the residual moisture was less than 0.01 ppm.

本実施例において使用した加熱炉では、実施例1の場
合では見られた炉芯管の継ぎ目からの僅かな漏れも二重
構造部に供給するHeにより排出されるので、作業環境を
直接汚染することがないという利点がある。
In the heating furnace used in the present embodiment, even the slight leakage from the joint of the furnace core tube, which was observed in the case of the first embodiment, is discharged by the He that supplies the double structure portion, so that the working environment is directly contaminated. There is an advantage that there is no.

熱分解黒鉛に代えて、固相炭素化したガラス状炭素を
被覆した(厚さ10μm)同様の炉芯管についても同じ条
件で実験したが、同等の結果を得た。
An experiment was performed on the same furnace core tube (thickness: 10 μm) coated with solid carbonized glassy carbon in place of the pyrolytic graphite under the same conditions, but equivalent results were obtained.

実施例3 本実施例では熱分解黒鉛を内外全表面に被覆した(厚
さ30μm)炉芯管またはガラス状炭素を内外全表面に被
覆した(厚さ10μm)炉芯管を有する第3図に示す態様
の加熱炉を使用した。
Example 3 In this example, a furnace core tube coated with pyrolytic graphite on all inner and outer surfaces (thickness 30 μm) or a furnace core tube coated with glassy carbon on all inner and outer surfaces (thickness 10 μm) is shown in FIG. The heating furnace of the embodiment shown was used.

多孔質ガラス体を200℃に設定した前室11に入れ、前
室の上蓋を閉じ、前室内に窒素ガスを10/分で10分間
供給し、前室内を窒素ガスで置換した。その後、間仕切
り16を開け、多孔質ガラス体1を前室から炉芯管内へ移
動させ、脱水、フッ素添加および透明化処理を実施し、
透明な光ファイバ用ガラス母材を製造した。母材の取り
出し時には、ガラス母材を前室に移動させた後に間仕切
りを閉め、その後、上蓋を開けガラス母材を取り出し
た。
The porous glass body was placed in the front room 11 set at 200 ° C., the upper lid of the front room was closed, nitrogen gas was supplied into the front room at 10 / min for 10 minutes, and the front room was replaced with nitrogen gas. After that, the partition 16 is opened, the porous glass body 1 is moved from the anterior chamber into the furnace core tube, and dehydration, fluorine addition, and transparency processing are performed.
A transparent optical fiber glass preform was manufactured. At the time of taking out the base material, the partition was closed after moving the glass base material to the front room, and then the upper lid was opened and the glass base material was taken out.

各処理の条件を以下に示す: (脱水処理) 1050℃、 SiCl4200cc/分、He20/分、 トラバース速度5mm/分 (フッ素添加処理) 1270℃、 SiF4800cc/分、He20/分、 トラバース速度4mm/分 (透明化処理) 1500℃、 He20/分、SiF4800cc/分、 トラバース速度10mm/分 得られた母材をクラッドとし、純石英単モードファイ
バを作製した。このファイバの伝送損失は、光波長1.55
μmに於いて0.17dB/kmと低損失であった。
The conditions of the respective processes are shown below: (dehydrated) 1050 ℃, SiCl 4 200cc / min, He20 / min, the traverse speed of 5 mm / min (fluorine addition treatment) 1270 ℃, SiF 4 800cc / min, He20 / min, the traverse Speed 4mm / min (Transparency treatment) 1500 ° C, He20 / min, SiF 4 800cc / min, traverse speed 10mm / min Using the obtained base material as a cladding, a pure quartz single mode fiber was manufactured. The transmission loss of this fiber is 1.55
The loss was as low as 0.17 dB / km at μm.

本実施例の加熱炉の場合、前室があるので炉温を800
℃以下に下げないで母材を処理できるので、処理母材の
生産性の観点から非常に有利である。
In the case of the heating furnace of the present embodiment, the furnace temperature is 800
Since the base material can be processed without lowering the temperature to below ℃, it is very advantageous from the viewpoint of the productivity of the processed base material.

比較例1 石英ガラス製炉心管として、1ppmの銅を含みかつカー
ボン層を有しない石英ガラス管を使用する以外は実施例
1と同じ条件でファイバを製造した。得られたファイバ
の残留水分は0.01ppmであった。また銅に由来する吸収
が1.30μm近傍まで存在したが、この値は従来の吸収に
比べると充分低く、その吸収量は0.8μmの波長で2〜3
dB/kmであった。しかしながら、炉心管の内壁は著しく
エッチングされており、耐蝕性のうえで問題のあること
が判明した。
Comparative Example 1 A fiber was manufactured under the same conditions as in Example 1 except that a quartz glass tube containing 1 ppm of copper and having no carbon layer was used as a quartz glass core tube. The residual moisture of the obtained fiber was 0.01 ppm. In addition, although absorption derived from copper was present up to around 1.30 μm, this value was sufficiently lower than conventional absorption, and the absorption amount was 2-3 at a wavelength of 0.8 μm.
dB / km. However, the inner wall of the furnace tube was significantly etched, which proved to be problematic in terms of corrosion resistance.

比較例2(石英ガラス製炉心管の耐熱性) 石英ガラス製炉心管とした以外は実施例1の方法を繰
り返して、スート母材を製造したところ、石英ガラス製
炉心管が透明化時に引き伸びてしまい、再使用が不可能
となった。
Comparative Example 2 (Heat resistance of quartz glass furnace tube) A soot base material was produced by repeating the method of Example 1 except that the quartz glass furnace tube was used. It became impossible to reuse.

比較例3(石英ガラス製炉心管のエッチング) 比較例2でSiF4の代わりにSF6を用いたところ、石英
ガラス製管が著しくエッチングされ、発熱体近傍の炉壁
にピンホールが生じた。また、得られたガラス母材に
は、数ppmという大量の水分が存在していた。もちろ
ん、炉心管の引伸びも著しく、再使用は不可能であっ
た。
Comparative Example 3 (Etching of Quartz Glass Furnace Tube) When SF 6 was used in Comparative Example 2 instead of SiF 4 , the quartz glass tube was significantly etched, and pinholes were formed on the furnace wall near the heating element. In addition, a large amount of water of several ppm was present in the obtained glass base material. Of course, the core tube was significantly stretched, and it was impossible to reuse it.

比較例4 実施例1の加熱炉において、熱分解黒鉛またはガラス
状炭素を被覆する代わりに高純度カーボン基材の外側表
面のみにSiCを50μm厚で被覆した炉芯管を使用した。
Comparative Example 4 In the heating furnace of Example 1, instead of coating with pyrolytic graphite or glassy carbon, a furnace core tube in which only the outer surface of a high-purity carbon base material was coated with SiC to a thickness of 50 μm was used.

実施例1と同じ条件で母材を処理し、得られた母材を
使用して同様に単モードファイバを作製した。このファ
イバの伝送損失は、光波長1.55μmにおいて0.18dB/km
と低損失であった。
The preform was processed under the same conditions as in Example 1, and a single-mode fiber was similarly produced using the obtained preform. The transmission loss of this fiber is 0.18 dB / km at an optical wavelength of 1.55 μm.
And low loss.

しかしながら、加熱炉を繰り返し使用することによ
り、カーボン基材中を拡散したCl2ガスがSiC層を剥離さ
せ、炉体を侵し、炉の使用が不可能となった。更に、作
業環境の面でも極めて重大な問題を生じた。
However, by repeatedly using the heating furnace, the Cl 2 gas diffused in the carbon substrate peeled off the SiC layer and eroded the furnace body, making it impossible to use the furnace. In addition, a very serious problem has arisen in terms of the working environment.

実施例4 実施例1で使用した加熱炉において、熱分解黒鉛を被
覆する代わりに高純度カーボン基材の内外表面に固相炭
素化したガラス状炭素を10μm被覆した炉芯管を使用し
た。
Example 4 In the heating furnace used in Example 1, instead of coating with pyrolytic graphite, a furnace core tube was used in which the inner and outer surfaces of a high-purity carbon base material were coated with 10 μm of glassy carbon that had been solidified into carbon.

実施例1と同じ処理条件でガラス母材を処理した。 The glass base material was processed under the same processing conditions as in Example 1.

母材処理の開始後、5本目までの母材を使用したファ
イバの伝送損失は、熱分解黒鉛被覆を有する炉芯管を使
用する場合と比較して、光波長1.55μmにおいて0.02〜
0.03dB/km高かった。
After the start of the preform treatment, the transmission loss of the fiber using the fifth preform is 0.02 to 0.02 at an optical wavelength of 1.55 μm, as compared with the case of using a furnace tube having a pyrolytic graphite coating.
0.03dB / km higher.

これは、第7図および第8図に示すそれぞれの被覆の
深さ方向の元素の濃度分布に基づくものであると考える
ことができる。第7図は熱分解黒鉛の被覆、第8図は固
相炭素化したガラス状炭素の被覆の場合である。第7図
および第8図に示すグラフは、SIMS(二次イオン質量分
析)により測定した深さ方向不純物濃度分布の結果であ
る。縦軸は、各元素の濃度であり、横軸は被覆の深さ方
向である(左端が表面)。縦軸は定性的な表現である
が、グラフ中に示す表面濃度と曲線の形状から明らかな
ように、ガラス状炭素被覆は、熱分解黒鉛に比べ、その
不純物(アルカリ金属、遷移金属など)濃度が高く、本
実施例の結果は、このことに起因するものであると考え
られる。
This can be considered to be based on the element concentration distribution in the depth direction of each coating shown in FIGS. 7 and 8. FIG. 7 shows the case of coating with pyrolytic graphite, and FIG. 8 shows the case of coating with vitreous carbon solidified into carbon. The graphs shown in FIGS. 7 and 8 are the results of the impurity concentration distribution in the depth direction measured by SIMS (secondary ion mass spectrometry). The vertical axis is the concentration of each element, and the horizontal axis is the depth direction of the coating (the left end is the surface). The vertical axis is a qualitative expression. As is clear from the surface concentration and the shape of the curve shown in the graph, the glassy carbon coating has a higher impurity (alkali metal, transition metal, etc.) concentration than pyrolytic graphite. And the result of this example is considered to be due to this.

しかしながら、ガラス状炭素の場合であっても6本目
以後は低損失(0.17dB/km)のファイバが得られた。こ
れは、ガラス状炭素被覆中の不純物が無くなったことに
よるものであると考えられる。
However, even in the case of glassy carbon, a low-loss (0.17 dB / km) fiber was obtained after the sixth fiber. This is considered to be due to the disappearance of impurities in the glassy carbon coating.

実施例5 第9図に示す加熱処理装置を使用した。この加熱処理
装置では、カーボンで形成された円筒状炉芯管3の中央
外周部には炉芯管を取り巻くように中空リング状の炉本
体5内に発熱体4が設けられている。炉芯管内に挿入さ
れる光ファイバ用母材1は、発熱体により加熱処理され
る。
Example 5 The heat treatment apparatus shown in FIG. 9 was used. In this heat treatment apparatus, a heating element 4 is provided in a hollow ring-shaped furnace main body 5 at a central outer peripheral portion of a cylindrical furnace core tube 3 formed of carbon so as to surround the furnace core tube. The optical fiber preform 1 inserted into the furnace core tube is heated by a heating element.

第9図の装置では、カーボン製炉芯管3は三分割され
ており(34、35および36)、更に、炉芯管の酸化を防止
するために前室11が設けられている。カーボン製炉芯管
中央部35の内側表面および外側表面にはガス不透過性の
熱分解黒鉛膜32が30〜40μm被覆されている。また、炉
芯管の上部34および下部36は中央部35ほど高温とならな
いので、耐酸化性ならびに塩素系ガスおよびフッ素系ガ
スに対する耐食性を満足するSiC膜37を内外方面に有す
るカーボン製炉芯管を使用した。処理した多孔質母材1
の長さは500mm、直径は140mmであり、VAD法により製造
した。
In the apparatus shown in FIG. 9, the carbon furnace core tube 3 is divided into three parts (34, 35 and 36), and a front chamber 11 is provided to prevent oxidation of the furnace core tube. A gas-impermeable pyrolytic graphite film 32 is coated on the inner surface and the outer surface of the central portion 35 of the carbon core tube with a thickness of 30 to 40 μm. Further, since the upper part 34 and the lower part 36 of the furnace core tube do not become as hot as the central part 35, a carbon furnace core tube having a SiC film 37 on the inner and outer surfaces that satisfies oxidation resistance and corrosion resistance to chlorine-based gas and fluorine-based gas. It was used. Treated porous matrix 1
Was 500 mm in length and 140 mm in diameter, and was manufactured by the VAD method.

第9図の加熱炉の使用方法は、第3図の加熱炉を使用
する場合と実質的に同じである。即ち、先ず、仕切板16
を閉じた状態の前室11に母材1を入れて上蓋8を閉じ
る。ガス導入口15から前室内に窒素ガス10/分を供給
して前室内を窒素ガスにより置換する。その後、仕切板
16を開き、多孔質母材を前室11から炉芯管内に移動させ
て加熱処理を実施して透明な光ファイバ用ガラス母材を
得る。母材の取り出し時には、ガラス母材を前室に移動
させた後、仕切板16を閉じ、その後、上蓋を開いて母材
を取り出す。
The method of using the heating furnace of FIG. 9 is substantially the same as the case of using the heating furnace of FIG. That is, first, the partition plate 16
The base material 1 is put in the front room 11 in a state where the is closed, and the upper lid 8 is closed. Nitrogen gas is supplied at a rate of 10 / min into the front chamber from the gas inlet 15 to replace the front chamber with nitrogen gas. Then the divider
16 is opened, and the porous preform is moved from the anterior chamber 11 into the furnace core tube and subjected to a heat treatment to obtain a transparent glass preform for optical fiber. When taking out the base material, the glass base material is moved to the front room, the partition plate 16 is closed, and then the upper lid is opened to take out the base material.

(コア部の製造) 多孔質母材を前室から炉芯管内に移動させた後、炉芯
管内を1050℃に昇温し、He20/分、SiCl4200cc/分を
供給しつつ、多孔質ガラス母材を5mm/分で下降して母材
中の水分および不純物を除去した。母材が発熱体側方を
通過した後にHe20/分のみを供給すると共に、炉芯管
内温度を1550℃に昇温し、4mm/分で上昇させて透過ガラ
ス化した。
(Manufacture of core part) After moving the porous base material from the anterior chamber into the furnace core tube, the inside of the furnace core tube was heated to 1050 ° C, and the porous material was supplied while supplying He20 / min and SiCl 4 200 cc / min. The glass base material was lowered at 5 mm / min to remove moisture and impurities in the base material. After the base material passed the side of the heating element, only He20 / min was supplied, and the temperature in the furnace core tube was raised to 1550 ° C., and the temperature was raised at 4 mm / min to perform vitrification.

(クラッド部の製造) 上記コア部の製造の場合と同様にSiCl4200cc/分、He2
0/分供給して母材を脱水処理した。その後、炉芯管
内温度を1200℃に昇温し、CF4900cc/分、He20/分供
給して、3mm/分で母材を上昇させてフッ素添加処理し
た。続いて、炉芯管内温度を1500℃に昇温し、He20/
分を供給しつつ、4mm/分で母材を下降させて透明ガラス
化した。
(Manufacture of the clad part) As in the case of the manufacture of the core part, SiCl 4 200 cc / min.
The base material was dehydrated by supplying 0 / min. Thereafter, the furnace core tube temperature was increased to 1200 ° C., CF 4 was supplied at 900 cc / min and He was supplied at 20 / min, and the base material was raised at 3 mm / min to perform a fluorine addition treatment. Subsequently, the temperature in the furnace core tube was raised to 1500 ° C, and He20 /
While supplying the amount, the base material was lowered at 4 mm / min to form a transparent glass.

得られたガラス母材はフッ素を約1.3重量%含有し、
比屈折率下(Δn)は0.35%であった。
The obtained glass base material contains about 1.3% by weight of fluorine,
The value under the relative refractive index (Δn) was 0.35%.

(光ファイバの製造) 上記コア部の製造において得られた純粋石英母材を電
気抵抗炉にて直径5mmに延伸した。また、クラッド部の
製造において得られたフッ素添加ガラス母材の中心部に
直径5mmの穴をあけて両端にダミーパイプを接続した。
このフッ素添加ガラス母材を電気炉に取り付け、パイプ
内面を高温に保ちつつSF6でエッチングして平滑化し
た。その後、5mmに延伸した純粋石英母材をパイプ内に
挿入し、Cl2雰囲気中で両者を加熱一体化して光ファイ
バ用プリフォームを得た。
(Manufacture of Optical Fiber) The pure quartz preform obtained in the manufacture of the core portion was stretched to a diameter of 5 mm in an electric resistance furnace. Further, a hole having a diameter of 5 mm was made in the center of the fluorine-containing glass base material obtained in the production of the clad portion, and dummy pipes were connected to both ends.
Attaching the fluorine-containing glass preform in an electric furnace, and smoothed by etching with SF 6 while maintaining the pipe inner surface to a high temperature. Thereafter, a pure quartz preform stretched to 5 mm was inserted into the pipe, and both were heated and integrated in a Cl 2 atmosphere to obtain an optical fiber preform.

一体化した光ファイバ用プリフォームを外径35mmに延
伸した後に、線引きしてコア径10.5μm、クラッド径12
5μmの純粋石英コア単一モード光ファイバを得た。該
光ファイバの伝送損失を測定したところ、波長1.55μm
において0.18dB/kmと極めて良好であった。
After stretching the integrated optical fiber preform to an outer diameter of 35 mm, it was drawn to a core diameter of 10.5 μm and a cladding diameter of 12 mm.
A 5 μm pure silica core single mode optical fiber was obtained. When the transmission loss of the optical fiber was measured, the wavelength was 1.55 μm.
At 0.18 dB / km.

実施例6 中心部がGeO26重量%を含む石英ガラス、外周部が純
粋石英ガラスから成るロッド(外径18mm)をVAD法によ
り合成し、更に、該ロッドの外周に多孔質母材をVAD法
により堆積させた。この時の多孔質母材の外径は140mm
であった。
Example 6 A rod (18 mm in outer diameter) composed of quartz glass having a center portion containing 6% by weight of GeO 2 and an outer peripheral portion made of pure quartz glass was synthesized by a VAD method, and a porous preform was further formed on the outer periphery of the rod by a VAD method. It was deposited by the method. The outer diameter of the porous base material at this time is 140 mm
Met.

この母材を実施例5と同様の条件で脱水・透明化処理
した。即ち、多孔質母材を前室内に配置して窒素ガスに
より前室を置換した後に、母材を炉芯管内に移動させ
た。炉芯管温度は1050℃であり、He20/分、SiCl4200
cc/分を供給しつつ、5mm/分で下降して母材を脱水処理
した。母材が発熱体側方を通過した時点で炉芯管内温度
を1500℃に昇温し、He20/分を供給しつつ、4mm/分で
母材を上昇させて透明ガラス化した。
This base material was subjected to dehydration and transparency treatment under the same conditions as in Example 5. That is, after the porous base material was placed in the front chamber and the front chamber was replaced with nitrogen gas, the base material was moved into the furnace core tube. The furnace core tube temperature is 1050 ° C, He20 / min, SiCl 4 200
While supplying cc / min, the base material was lowered at 5 mm / min to dehydrate the base material. When the base material passed by the side of the heating element, the temperature in the furnace core tube was raised to 1500 ° C., and the base material was raised at 4 mm / min while supplying He 20 / min to form a transparent glass.

透明化した光ファイバ用ガラス母材の外径は65mmであ
り、GeO2コア部に対する外径の比は15.0であった。該母
材を外径35mmに延伸した後、直径125μmの光ファイバ
に線引きした。
The outer diameter of the transparent glass base material for optical fibers was 65 mm, and the ratio of the outer diameter to the GeO 2 core portion was 15.0. After stretching the base material to an outer diameter of 35 mm, it was drawn into an optical fiber having a diameter of 125 μm.

得られた光ファイバの伝送損失は、波長1.3μmにお
いて0.35dB/km、波長1.55μmにおいて0.20dB/kmと優れ
たものであり、初期引張強度も5.5kgと問題ないレベル
であった。
The transmission loss of the obtained optical fiber was excellent at 0.35 dB / km at a wavelength of 1.3 μm and 0.20 dB / km at a wavelength of 1.55 μm, and the initial tensile strength was at a level of 5.5 kg, which was no problem.

200本の多孔質母材について加熱処理を実施した後
に、カーボン製炉芯管の内面を観察したところ、炉芯管
中央部内面の熱分解黒鉛被覆が僅かに酸化されただけ
で、変形および劣化の問題はなかった。
After heat treatment was performed on 200 porous base materials, the inner surface of the carbon furnace core tube was observed.The pyrolytic graphite coating on the inner surface of the center portion of the furnace core tube was slightly oxidized, resulting in deformation and deterioration. There was no problem.

[発明の効果] 本発明は不純物、特に鉄、銅や水分の混入しない光フ
ァイバ用母材を、炉心管の消耗を低減して製造でき、製
造されたガラス母材からは伝送損失の低い光ファイバを
得ることができる。
[Effects of the Invention] The present invention can produce an optical fiber preform free of impurities, particularly iron, copper and moisture, by reducing the consumption of a furnace tube, and can produce light with low transmission loss from the produced glass preform. Fiber can be obtained.

高純度カーボンの炉心管基材の内外表面を熱分解黒鉛
または固相炭素化したガラス状炭素により被覆すること
により、炉心管を高熱で使用しても、熱的な消耗も腐食
性ガスによる消耗も少なく、耐久性に優れることから、
経済上の面からも有利である。
By coating the inner and outer surfaces of the high-purity carbon core tube base with pyrolytic graphite or solid carbonized glassy carbon, even if the core tube is used at high heat, it will be thermally consumed and consumed by corrosive gas. Less, and excellent durability,
It is also economically advantageous.

さらに、高純度カーボン製基材とすることで、多孔質
母材を不純物で汚染する恐れがなく、また、フッ素系ガ
ス(CF4、SF6、SiF4など)と反応することなく、しかも
非常な高温、例えば1800℃以上でも破損する心配がない
など、耐久性を更に改善できる。
Furthermore, by using a high-purity carbon base material, there is no risk of contaminating the porous base material with impurities, and it does not react with fluorine-based gases (CF 4 , SF 6 , SiF 4, etc.) The durability can be further improved such that there is no fear of breakage even at a high temperature, for example, 1800 ° C. or higher.

加熱炉に前室を設けることにより、加熱雰囲気への大
気(作業室の雰囲気)の混入がなくなり、炉芯管内の不
純物による汚染がなくなる。そのため、母材の失透が防
げるとともに、透明度が向上する。ガラス体の出し入れ
時に、炉体を降温させることがないので、炉の稼動率が
高い。炉芯管が熱分解黒鉛または固相炭素化したガラス
状炭素の被覆を有するカーボンからできている場合に
は、カーボンが酸化されにくくなるので、炉芯管の寿命
が伸びるとともに、炉芯管内を黒鉛粒子が浮遊すること
がなくなり、ガラス母材から作った光ファイバの低強度
部分が減少する。
By providing the heating chamber with the front chamber, the atmosphere (atmosphere of the working chamber) is not mixed into the heating atmosphere, and contamination by impurities in the furnace core tube is eliminated. Therefore, the devitrification of the base material can be prevented, and the transparency is improved. Since the furnace body is not cooled when the glass body is taken in and out, the operating rate of the furnace is high. If the furnace core tube is made of pyrolytic graphite or carbon having a coating of vitreous carbon that has been solidified into carbon, the carbon is less likely to be oxidized, so that the life of the furnace core tube is extended and the inside of the furnace core tube is reduced. The graphite particles are not suspended, and the low-strength portion of the optical fiber made of the glass base material is reduced.

更に、本発明の加熱炉のようにカーボン製炉芯管を使
用する場合、石英製の炉芯管を使用する場合に問題とな
る熱による変形、結晶化による劣化、破壊などの問題が
ないので、炉芯管を長期間使用できる。また、石英材料
を使用する場合、大口径の炉芯管の加工が困難であった
が、カーボン材料を用いれば石英を使用する場合より大
きい口径の炉芯管を使用できるので、処理できる母材の
大型化という観点からも有利となる。
Further, when a carbon furnace core tube is used as in the heating furnace of the present invention, there is no problem of deformation due to heat, deterioration due to crystallization, destruction, etc., which is a problem when using a furnace core tube made of quartz. The furnace core tube can be used for a long time. Also, when using a quartz material, it was difficult to process a large-diameter furnace core tube, but when using a carbon material, a furnace core tube with a larger diameter than when using quartz can be used, so that a base material that can be processed is used. This is also advantageous from the viewpoint of increasing the size.

尚、上述の実施例ではゾーン炉を使用する場合を例に
説明したが、均熱炉を使用した場合であっても同様の効
果が得られる。
In the above embodiment, the case where a zone furnace is used has been described as an example. However, the same effect can be obtained even when a soaking furnace is used.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は、本発明の第1の態様の、光ファイバ用母材の
加熱炉の一例を示す概略断面図、 第2図は、本発明の第2の態様の光ファイバ用母材の加
熱炉の該略断面図、 第3図は、本発明の第3の態様の光ファイバ用母材の加
熱炉の概略断面図、 第4図(a)および(b)は、火炎加水分解法により、
スート母材を作製する方法の説明図、 第5図は、本発明の方法により得られた単モードファイ
バの屈折率分布を示す図、 第6図は、本発明の実施例2の態様に使用した加熱炉の
概略断面図、 第7図および第8図は、被覆の深さ方向の不純物濃度の
分布を示すグラフ、 第9図は、本発明の実施例5および6において使用した
加熱炉の概略断面図である。 1……スート母材、2……支持棒、 3……炉心管、4……発熱体、 5……炉本体、6……不活性ガス導入口、 7……雰囲気ガス導入口、8……供給口、 10……外挿管、11……前室、 12……発熱体、14……前室ガス出口、 15……前室パージガス入口、16……間仕切り 31……高純度カーボン炉心管基材、 32……熱分解黒鉛またはガラス状炭素被覆、 33……カーボン層、34……炉心管上部、 35……炉心管中央部、36……炉心管下部、 37……SiC膜、41……多重管バーナー、 46……シードロッド。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of a heating furnace for an optical fiber preform according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing heating of the optical fiber preform according to the second embodiment of the present invention. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a heating furnace for a preform for an optical fiber according to a third embodiment of the present invention, and FIGS. 4 (a) and 4 (b) are flame flame hydrolysis methods. ,
FIG. 5 is a diagram illustrating a method of manufacturing a soot preform, FIG. 5 is a diagram illustrating a refractive index distribution of a single mode fiber obtained by the method of the present invention, and FIG. 7 and 8 are graphs showing the distribution of the impurity concentration in the coating depth direction, and FIG. 9 is a schematic view of the heating furnace used in Examples 5 and 6 of the present invention. It is an outline sectional view. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Soot base material, 2 ... Support rod, 3 ... Furnace tube, 4 ... Heating element, 5 ... Furnace body, 6 ... Inert gas inlet, 7 ... Atmospheric gas inlet, 8 ... ... supply port, 10 ... external tube, 11 ... front chamber, 12 ... heating element, 14 ... front chamber gas outlet, 15 ... front chamber purge gas inlet, 16 ... partition 31 ... high-purity carbon core tube Base material, 32: Pyrolytic graphite or glassy carbon coating, 33: Carbon layer, 34: Upper core tube, 35: Central core tube, 36: Lower core tube, 37: SiC film, 41 …… Multi-tube burner, 46 …… Seed rod.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 土屋 一郎 神奈川県横浜市栄区田谷町1番地 住友 電気工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者 横田 弘 神奈川県横浜市栄区田谷町1番地 住友 電気工業株式会社横浜製作所内 (56)参考文献 特開 平2−196045(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C03B 37/00 - 37/16──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Ichiro Tsuchiya 1st Tayacho, Sakae-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside Sumitomo Electric Industries, Ltd. (72) Inventor Hiroshi Yokota 1st Tayacho, Sakae-ku, Yokohama-shi, Kanagawa (56) References JP-A-2-196045 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) C03B 37/00-37/16

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】石英系ガラス微粒子体から成る光ファイバ
用多孔質ガラス母材を加熱処理して光ファイバ用ガラス
母材とする加熱炉であって、発熱体および発熱体の内側
に配置されて加熱雰囲気と発熱体とを隔離する炉心管を
有して成り、炉心管基材が高純度カーボンから形成さ
れ、かつ、その内側表面および外側表面に熱分解黒鉛ま
たは固相炭素化したガラス状炭素の被覆を有することを
特徴とする光ファイバ用ガラス母材の加熱炉中、石英系
ガラス微粒子体から成る多孔質ガラス母材を、Cl2、CCl
4およびSiCl4から選ばれた少なくとも1種の塩化物を脱
水剤として用いて脱水処理し、その後、ケイ素フッ化物
および炭素フッ化物から選ばれた少なくとも1種のフッ
化物をフッ素添加剤として含む気体雰囲気中でフッ素添
加処理し、同時にまたはその後、ガラス微粒子体を透明
化することから成る光ファイバ用ガラス母材の製造方
法。
1. A heating furnace for heat-treating a porous glass preform for an optical fiber composed of fine silica-based glass particles to form a glass preform for an optical fiber, wherein the heating furnace is disposed inside the heating element. A furnace tube for isolating the heating atmosphere and the heating element, wherein the furnace tube base material is formed of high-purity carbon, and the inner surface and the outer surface thereof are pyrolytic graphite or vitreous carbon solidified into carbon; In a furnace for heating a glass preform for optical fibers, characterized by having a coating of, a porous glass preform made of silica-based glass fine particles is made of Cl 2 , CCl
4 and a dehydration treatment using at least one chloride selected from SiCl 4 as a dehydrating agent, and then a gas containing at least one fluoride selected from silicon fluoride and carbon fluoride as a fluorine additive A method for producing a glass preform for an optical fiber, comprising: performing fluorine addition treatment in an atmosphere; and simultaneously or thereafter, making the glass fine particles transparent.
【請求項2】石英系ガラス微粒子体から成る光ファイバ
用多孔質ガラス母材を加熱処理して光ファイバ用ガラス
母材とする加熱炉であって、発熱体および発熱体の内側
に配置されて加熱雰囲気と発熱体とを隔離する炉心管を
有して成り、炉心管基材が高純度カーボンから形成さ
れ、かつ、その内側表面および外側表面に熱分解黒鉛ま
たは固相炭素化したガラス状炭素の被覆を有することを
特徴とする光ファイバ用ガラス母材の加熱炉中、石英系
ガラス微粒子体から成る多孔質ガラス母材を、SiCl4
脱水剤として用いて脱水処理を実施し、同時にまたはそ
の後、ガラス微粒子体を透明化することから成る光ファ
イバ用ガラス母材の製造方法。
2. A heating furnace for heating a porous glass preform for optical fiber comprising a silica-based glass fine particle body into a glass preform for optical fiber, wherein the heating furnace is disposed inside the heating element. A furnace tube for isolating the heating atmosphere and the heating element, wherein the furnace tube base material is formed of high-purity carbon, and the inner surface and the outer surface thereof are pyrolytic graphite or vitreous carbon solidified into solid carbon; In a heating furnace for an optical fiber glass preform characterized by having a coating, a porous glass preform made of silica-based glass particles is subjected to a dehydration treatment using SiCl 4 as a dehydrating agent, and simultaneously or Then, a method of manufacturing a glass preform for an optical fiber, which comprises making the glass fine particles transparent.
【請求項3】石英系ガラス微粒子体から成る光ファイバ
用多孔質ガラス母材を加熱処理して光ファイバ用ガラス
母材とする加熱炉であって、発熱体および発熱体の内側
に配置されて加熱雰囲気と発熱体とを隔離する炉心管を
有して成り、炉心管基材が高純度カーボンから形成さ
れ、かつ、その内側表面および外側表面に熱分解黒鉛ま
たは固相炭素化したガラス状炭素の被覆を有することを
特徴とする光ファイバ用ガラス母材の加熱炉中、石英系
ガラス微粒子体から成る多孔質ガラス母材を、CF4をフ
ッ素添加剤として含む気体雰囲気中でフッ素添加処理を
実施し、同時にまたはその後、ガラス微粒子体を透明化
することから成る光ファイバ用ガラス母材の製造方法。
3. A heating furnace for heat-treating a porous glass preform for an optical fiber comprising fine silica-based glass particles to form a glass preform for an optical fiber, wherein the heating furnace is disposed inside the heating element. A furnace tube for isolating the heating atmosphere and the heating element, wherein the furnace tube base material is formed of high-purity carbon, and the inner surface and the outer surface thereof are pyrolytic graphite or vitreous carbon solidified into solid carbon; oven optical fiber glass preform, characterized in that it comprises a coating, the porous glass preform made of silica based glass particulate matter, the fluorine addition treatment in a gas atmosphere containing CF 4 as the fluorine additive A method for producing a glass preform for an optical fiber, which comprises carrying out and simultaneously or thereafter, making the glass fine particles transparent.
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